夏洛克·福爾摩斯（小羅伯特·唐尼飾），不僅是19世紀末英國聞名的偵察，同時，他還是一位小提琴演奏家，擊劍和拳擊高手，以及一位花心的情場浪子。對於福爾摩斯的品性，他的助手華生醫生（裘德·洛飾）一直頗有微詞，但兩人亦師亦友的關係卻使得華生一直忍讓著福爾摩斯的那些壞習慣。不過縱使福爾摩斯一直如此的桀驁不馴，在他內心深處，也一直有一位摯愛－－艾琳·艾德勒（瑞秋·麥克亞當斯飾）。 又一起凶案產生，福爾摩斯和華生受人委托開始調查這起案件，最後發現矛頭指向備受人們尊敬的布萊克伍德公爵（馬克·斯特朗飾），而且希奇的是這起案件似乎也和艾琳·艾德勒有所關聯。福爾摩斯和華生繼續追查下去，最後他們發現這個陰謀波及著整個英國的安全！大偵察福爾摩斯開始了他從業以來最複雜也最危險的一次冒險。